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Joana Raquel Ferraz da Silva
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a
biomateriais
Universidade Fernando Pessoa – Faculdade Ciências da Saúde
Porto, de Julho de 2015.
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Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Joana Raquel Ferraz da Silva
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a
biomateriais
Universidade Fernando Pessoa – Faculdade Ciências da Saúde
Porto, de Julho de 2015.
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Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Importância dos biofilmes nas infeções associadas a biomateriais
Orientadora: Professora Doutora Maria Pia Ferraz
Autora: Joana Raquel Ferraz da Silva
__________________________________________
Trabalho apresentado à Universidade Fernando Pessoa
como parte integrante dos requisitos para obtenção do grau
de Mestre em Ciências Farmacêuticas.
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Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateriais
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Resumo
Ao longo dos anos foi percetível que as bactérias na forma de biofilmes se estariam a
tornar um problema de saúde pública, traduzindo-se num exacerbar de resistências a
agentes antimicrobianos.
As bactérias em forma de biofilmes têm vantagens em relação às bactérias que vivem
livremente. Os biofilmes permitem o crescimento de bactérias de forma protegida e
permitem a sobrevivência mesmo quando as condições não se mostram favoráveis. A
troca de nutrientes é assim facilitada e por isso o crescimento torna-se mais propício.
Para além disso apresentam uma maior tolerância a agentes antimicrobianos.
Os microrganismos mais relevantes neste tipo de infeções são as bactérias de Gram
positivo Staphylococcus aureus e Staphylococcus epidermidis. No que diz respeito às
bactérias de Gram negativo salientamos a Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa.
A bactéria S. aureus merece especial importância uma vez que tem desenvolvimento
rápido e tem capacidade de evoluir de infeção aguda para crónica persistente.
As doenças onde são visíveis microrganismos na forma de biofilme podem ser várias,
entre as quais, cáries dentárias, periodontite, pneumonia, septicémia e outras. Existem
infeções também elas associadas com a existência de microrganismos na forma de
biofilmes mas onde existe biomateriais ou dispositivos médicos, como é o caso da
infeção associada ao cateter urinário ou então a infeção associada ao cateter venoso
central.
A evolução tem-se verificado em locais específicos como as técnicas de colheita e de
medição de biofilmes para que estas sejam mais confiáveis e desenvolvidas.
Enquanto não é possível a erradicação total destas infeções é necessário dar maior
importância às medidas e estratégias de controlo e prevenção. As condições de assepsia
são fundamentais e é necessário questionar o uso de antibióticos para que este não se
torne abusivo. Para tal é necessário que o conhecimento dos agentes antimicrobianos
seja profundo, levando à escolha adequada do agente, concentração e duração do
tratamento, obtendo resultados mais favoráveis.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Com o aumento da esperança média de vida, a população de hoje é envelhecida, e por
isso, mas necessitada de cuidados e de intervenções médicas e de dispositivos
biomédicos. Apesar de em muitas circunstâncias existir probabilidade de adquirir
infeção é imperativa a sua utilização.
Fala-se, portanto, de um problema de saúde pública. Para impedir que se torne um
problema maior é necessário evoluir no que diz respeito à elaboração de dispositivos
médicos, utilizando por exemplo dispositivos revestidos à superfície com compostos
que inibam a formação de biofilme, tornando os dispositivos mais resistentes à
colonização microbiana, ou então, utilizar vírus específicos contra as bactérias
(bacteriófagos) que se encontram em biofilmes. Estas estratégias promissoras podem,
por isso, vir a diminuir significativamente estas infeções, diminuindo a incidência e
mortalidade das infeções.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Abstract
Throughout the years it has been perceptible that bacterial biofilms are becoming a
public health issue, resulting in an aggravation of the resistances to antimicrobial
agents.
Bacterial biofilms have advantages compared to bacterium which live freely. Biofilms
allow bacterium to grow protectively and allow them to survive even when the
conditions are not favourable. The exchange of nutrients is therefore facilitated and for
that reason prone to grow. In addition, they also present a bigger tolerance to
antimicrobial agents.
The microorganisms more relevant in this kind of infections are the gram positive
Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis and the gram negative
Escherichia coli. The S. aureus deserves a special focus, since it has a fast development
and also has the ability to evolve from an acute into a chronic persistent infection.
The (related) diseases/infections may be several, namely tooth decay, periodontitis,
pneumonia, septicemia, among others.
It has been observed some evolution in specific areas, such as measurement and
collection technics, in order to assure they are developed and trust worthy.
Until it is possible to completely eradicate these infections, strategic measures of control
and prevention need to have a greater importance. Conditions of asepsis are
fundamental and it is also necessary to question the use of antibiotics, so that it doesn’t
become abusive. In order to do that, it is necessary to have deep knowledge of the
antimicrobial agents, resulting on the appropriate choice of agent, concentration and
duration of treatment, in order to obtain more favorable results.
A longer average life expectancy, means an ageing population, which makes the need
for medical care and biomedical devices vital. For this reason, many people are
susceptible to infection through bacterial biofilms – it is referred to as a public health
issue.
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Biofilms resistance to antibiotic therapy, make it urgent to develop new antimicrobial
therapies, using for example medical device surface-coated with compounds, which
prevent biofilm formation, thus making the medical devices more resistant to microbial
colonization. Another option is to use specific virus against the bacterium
(bacteriophage) which can be found in biofilms. For this reason, these promising
strategies may decrease significantly these infections and consequently decrease the
incidence and mortality of infections.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Agradecimentos
Em especial, agradeço à Professora Doutora Maria Pia Ferraz por toda a orientação,
incentivo e disponibilidade cedida ao longo da realização deste trabalho de revisão
bibliográfica.
A todos os amigos que me acompanharam durante estes anos, em especial à Carolina
Martins, Carolina Tavares, Cláudia Duarte e Raquel Mesquita, pelo apoio e amizade
incondicional.
À minha família pelo apoio total, preocupação e compreensão.
Ao meu namorado, Francisco Gouveia, por todo o incentivo e ajuda que me prestou.
Por fim, mas não menos importante, aos meus pais que me acompanharam sempre e
nunca me deixaram desistir. Por todo o amor que me deram e por tornarem mais fáceis
todas as etapas alcançadas.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Índice
Resumo .............................................................................................................................. i
Abstract ............................................................................................................................ iii
Agradecimentos ................................................................................................................ v
Índice ............................................................................................................................... vi
Índice de figuras ............................................................................................................. vii
Índice de tabelas ............................................................................................................. vii
Lista de abreviaturas ...................................................................................................... viii
Introdução ......................................................................................................................... 1
1.A) O que é um biofilme? ........................................................................................ 2
1.B) Composição dos biofilmes ................................................................................ 5
1.C) Etapas de formação de um biofilme .................................................................. 7
1.D) Fatores que influenciam a formação de biofilmes ............................................ 9
1.E) Quorum sensing ............................................................................................... 12
1.F) Microrganismos relevantes nos biofilmes ....................................................... 14
2. Importância dos biofilmes – aplicação no quotidiano ............................................ 16
2.A) Vantagens e desvantagens do desenvolvimento de biofilmes ........................ 16
3. Resistência e tolerância ........................................................................................... 17
4. Dispositivos médicos ou biomateriais – Definição e outras informações
importantes .................................................................................................................. 19
5. Infeções causadas por biofilmes associadas a biomateriais .................................... 20
5.A) Infeção associada a cateter urinário: ............................................................... 20
5.B) Infeção associada a prótese de válvula cardíaca; ............................................ 22
5.C) Infeção associada ao cateter venoso central .................................................... 23
6. Doenças não associadas a dispositivos médicos causadas por biofilmes ............... 24
7. Estratégias de prevenção e controlo de biofilmes ................................................... 26
8. Tratamento .............................................................................................................. 29
Conclusão ....................................................................................................................... 30
Bibliografia ..................................................................................................................... 32
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Índice de figuras
Figura 1 - Diagrama representativo de um biofilme …………………………….……....6
Figura 2 - Etapas de formação de um biofilme ………………………….……………...7
Figura 3 - Possíveis mecanismos de resistência ……………………………………….19
Figura 4 - Superfície interna de um dispositivo médico ……………………….………23
Figura 5 - Dentes saudáveis vs Dentes com periodontite …………………………...…25
Índice de tabelas
Tabela 1 - Fatores envolvidos na formação de biofilmes………………………………9
Tabela 2 - Exemplos de dispositivos médicos por classe……………………………..20
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Lista de abreviaturas
CMC – Concentração micelar crítica
CMI – Concentração mínima inibitória
DNA - Ácido desoxirribonucleico
EPS – Substâncias poliméricas extracelulares
FQ – Fibrose quística
MRSA – S. aureus resistentes à Meticilina
RNA – Ácido ribonucleico
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Introdução
Ao longo deste trabalho vão ser apresentados todos os fundamentos teóricos para que a
perceção desta temática seja possível. Será possível entender o que é um biofilme e qual
a sua composição. Serão abordadas todas as etapas do desenvolvimento de bactérias na
forma de biofilmes, será feita a caracterização das bactérias com maior relevância neste
tipo de infeções e quais os biomateriais mais propícios à formação dos mesmos. Fatores
que influenciam a formação de um biofilme tais como algumas estratégias de
eliminação de biofilmes. Serão abordadas algumas estratégias estudadas com o intuito
de eliminar mais eficaz e rapidamente estes biofilmes.
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Biofilme
Em 1938, com a descoberta da penicilina por parte Alexander Fleming, os
antibióticos tornaram-se a chave do sucesso do sucesso para controlar/erradicar muitas
infeções. No entanto surgiram relatos da existência de microrganismos em biofilme, que
ao se apresentarem em comunidade organizada e aderida a uma superfície. Os
microrganismos que existem nesta forma adquirem comportamentos diferentes, que
fazem deles mais resistentes a antimicrobianos.
1.A) O que é um biofilme?
Foi no século XVII, Antonie van Leuwenhoek, ao analisar a superfície dos seus dentes,
verificou pequenos agregados, que posteriormente seriam denominados de biofilmes.
Conhecidas como comunidades complexas e dinâmicas de microrganismos, os
biofilmes, são o processo pelo qual os microrganismos se anexam e crescem
irreversivelmente numa superfície e produzem polímeros extracelulares que facilitam a
fixação e a formação da matriz (Costerton et al., 1999). Constituem, por isso, um
agregado de microrganismos que crescem anexados a uma superfície, e que são
posteriormente revestidos por uma camada heterogénea de compostos extracelulares, a
matriz (Pina et al, 2010).
Para além dos microrganismos existem outros componentes como a fibrina,
plaquetas ou imunoglobulinas que podem ser integrados na matriz biofilme
(Hoiby et al, 2014).
Os biofilmes desenvolvem-se preferencialmente em superfícies inertes, ou seja,
dispositivos médicos (superfícies artificiais ao hospedeiro), ou sobre o tecido morto,
superfícies naturais ao hospedeiro (Costerton et al., 1999).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Uma vez que é necessária a existência de microrganismos para a formação de biofilmes,
será necessário fazer uma pequena abordagem ao tema.
Os microrganismos são estruturas simples capazes de comportamentos muito
complexos. Existem na forma planctónica, onde surgem em suspensão ou dispersos no
meio aquoso ou na forma séssil onde estão aderidos a uma superfície sólida
organizando-se em biofilmes. Tanto as bactérias como os fungos podem causar infeções
através de biofilmes mas no entanto as infeções causadas por biofilmes são
predominantemente por bactérias uma vez que apresentam elevadas taxas de reprodução
e elevada capacidade de adaptação ao ambiente externo. (Stoodley et al., 2002). Estes
biofilmes podem conter apenas uma espécie de microrganismo ou várias (Costerton et
al., 1999; Hoiby et al, 2014).
Figura 1 - Superfície interna de um dispositivo médico
Figura 2 - Superfície interna de um dispositFigura 3
Estas bactérias aderem irreversivelmente a uma superfície, não sendo, por isso
removidas por lavagem suave (Donlan, 2002). Esta adesão pode dar-se em superfícies
naturais ou artificiais no hospedeiro (Hoiby et al, 2014).
As bactérias em biofilme são metabólica e morfologicamente muito diferentes das
bactérias em suspensão (Costerton et al., 1999; Fux et al., 2005). Expressam, por isso,
propriedades específicas quando comparadas com as mesmas no estado planctónico
(Hoiby et al, 2014). Apresentam maior resistência a antibióticos e a desinfetantes
(Nascimento and Taveira, 2003). Também surgem com resistência acrescida a radiação
UV, à desidratação e a predadores como protozoários. Esta resistência acrescida deve-se
à diferença associada ao transporte de solutos entre outros fatores. Isto é, um biofilme é
caracterizado por um ambiente densamente empacotado e por isso a circulação de
líquido é limitada (Xavier et al, 2003). Assim, a transferência de massa ocorre por
difusão, processo muito mais lento. Para além disso, existem situações em que os
agregados estão muito espessos, formando gradientes de solutos, o processo de
transporte é a difusão. Trata-te se um processo muito lento, tornando-se limitante. Tal
não acontece nas células na forma livre, onde o transporte de solutos do meio líquido
para a célula é um processo muito rápido (Nascimento and Taveira, 2003).
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Normalmente estes biofilmes causam infeção crónica, infeção essa que persiste mesmo
após o tratamento com antibiótico adequado e após serem ativados os mecanismos de
defesa do hospedeiro, progredindo. Geram inflamação em torno do local onde se forma
o biofilme. Esta inflamação local persistente é a única característica comum a várias
infeções por biofilme, uma vez que os restantes sinais e sintomas dependem do
comprometimento da função do órgão ou corpo estranho infetado pelo biofilme
microbiano (Hoiby et al, 2014).
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1.B) Composição dos biofilmes
Os biofilmes são constituídos por agregados de diferentes espécies de microrganismos.
Esses microrganismos representam cerca de 15 % do volume e a matriz ocupa cerca de
85% do mesmo (Kokare et al., 2008; Tenke et al, 2012).
O principal elemento dessa matriz é o EPS (substâncias poliméricas extracelulares) que
é responsável pela morfologia, coesão e integridade funcional. A sua composição é
determinante no que diz respeito às propriedades físico-químicas e biológicas dos
biofilmes. A quantidade de EPS produzido por organismos diferentes pode variar, e
aumenta a quantidade de EPS com a idade do biofilme (Kokare et al., 2008). É esta
matriz que forma a ‘rede’ polimérica que vai envolver as células microbianas. O EPS
tem uma composição muito diferente de biofilme para biofilme mas, primeiramente, é
constituído por polissacarídeos, que servirão de base para as células se ligarem. Esta
matriz é também composta por proteínas, lípidos e ácidos nucleicos (DNA, RNA),
fosfolípidos, glicoproteínas. A presença de proteínas mostra-se de elevada importância
uma vez que existem indicativos de que a sua presença pode alterar a atividade
antimicrobiana de alguns antibióticos (Fux et al., 2005; Henriques et al, 2013).
A matriz assume, novamente, um papel importante quando falamos na presença de
ácidos nucleicos (material genético), uma vez que aliado ao facto das bactérias estarem
muito próximas, aumenta a probabilidade de aquisição de novo material genético
(Henriques et al, 2013).
Esta matriz de EPS impede fisicamente o acesso de certos agentes antimicrobianos para
ao biofilme, e restringe a difusão de compostos do ambiente para o biofilme (Costerton
et al., 1999; Kokare et al., 2008).
Proporciona ainda uma proteção contra uma variedade de tensões ambientais como as
variações de pH, radiação UV e choque osmótico (Kokare et al., 2008; Behlau and
Gilmore, 2008).
Os canais de água existentes permitem a troca de nutrientes e metabólitos com a fase
aquosa, aumentando a disponibilidade de nutrientes, bem como a remoção de
metabolitos potencialmente tóxicos (Kokare et al., 2008).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Apesar das diferentes etiologias, as infeções por biofilmes partilham de algumas
características comuns, como: desenvolvimento preferencial em superfícies inertes,
tecidos mortos e instrumentos médicos. O crescimento lento é um fator muito
importante que está relacionado com resistências adquiridas pelas células na forma de
biofilme. Os antibióticos não têm capacidade de eliminar o biofilme, apenas eliminam
os sintomas de infeção. (Nascimento and Taveira, 2003).
Na figura 1 é percetível visualizar que apesar de todas as variações possíveis de existir
em cada biofilme, sabe-se que todos eles apresentam 3 camadas:
- camada responsável pela ligação à superfície de um tecido ou biomaterial;
- camada composta pelos microrganismos compactos;
- camada que corresponde à superfície externa na qual os organismos planctónicos
podem surgir e se anexar (Choong and Whitfield, 2000).
Figura 1 – Diagrama representativo de um biofilme (adaptado Costerton, J. W.,
Stewart, P. S., e Greenberg, E. P.,1999).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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1.C) Etapas de formação de um biofilme
A formação de biofilme ocorre passo a passo, como a formação das várias camadas,
através da adesão bacteriana, o crescimento bacteriano e a expansão do biofilme (Fux et
al., 2005; Kokare et al., 2008). As etapas que levam à formação do biofilme são
possíveis de visualizar na Figura 2.
O processo de formação de um biofilme inicia-se com a adesão de células livres, neste
caso, bactérias, a uma superfície sólida, e a posterior fixação. O crescimento e a
atividade bacteriana é substancialmente melhorada ao incorporar superfícies às quais os
microrganismos se podem anexar (Kokare et al., 2008).
Esta etapa é determinante pois representará a base de todo o biofilme e ocorre em
poucos minutos. A velocidade com que se dá esta adesão inicial vai depender de alguns
fatores, entres os quais, a afinidade das moléculas para a superfície sólida e das
condições hidrodinâmicas do meio líquido, fatores estes que serão abordados mais
aprofundadamente neste trabalho (Stoodley et al., 2002).
Figura 2 – Etapas de formação de um biofilme (adaptado de Kokare, C. R., Chakraborty,
S., Khopade, A. N. e Mahadik, K. R., 2008)
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Numa segunda etapa dá-se o crescimento e divisão das células que sofreram a adesão
inicial. Surge a produção do EPS e, por isso, a adesão passa a irreversível e firme.
A etapa seguinte caracteriza-se por um precoce desenvolvimento da arquitetura do
biofilme, com formação de microcolónias (Donlan, 2001b; Simões et al, 2007).
As bactérias ao se desenvolverem no interior da matriz (EPS), emitem sinais químicos
que lhes permite comunicar com as restantes células bacterianas (Xavier et al., 2003).
Na 4ª etapa é possível visualizar um biofilme maduro, que apresenta canais de água.
É aqui que a maior parte das bactérias altera os seus processos fisiológicos para se
adaptar às condições do seu novo ‘habitat’ (Stoodley et al., 2002).
Ocasionalmente, por razões mecânicas, algumas bactérias são eliminadas e são,
portanto, libertadas para o ambiente circundante (Prakash et al., 2003). Trata-se da
última etapa é caracterizada pela libertação de porções do biofilme para o meio aquoso
envolvente (Costerton et al., 1999). Os mecanismos que levam a esse desprendimento
são: erosão e descamação. Na erosão superficial a perda é causada por alterações
ambientais, é contínua e leva ao desprendimento de uma única célula ou de uma
pequena porção do biofilme. Na descamação ou descolamento, a perda é rápida e
maciça. Surge como resultado de alterações de algumas condições no interior do
biofilme. (Stoodley et al., 2002; Xavier et al., 2003; Prakash et al., 2003).
Enzimas específicas produzidas por diferentes organismos em diferentes fases de
crescimento do biofilme contribuem para descolamento (Prakash et al., 2003).
Após a etapa inicial que se carateriza pela adesão de células, surgem as etapas (2ª,3ª e
4ª) que vão determinar tanto a estrutura como a atividade do biofilme.
Os biofilmes, na natureza, podem ter um elevado nível de organização, podem existir
em comunidades únicas ou múltiplas espécies e formar uma única camada ou estrutura
tridimensional (Kokare et al., 2008). Embora normalmente adquira uma forma
tridimensional e heterogénea (Henriques et al, 2013).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Resumidamente, sabe-se que para que haja formação do biofilme têm de ocorrer os
seguintes passos:
-deposição de um filme num dispositivo;
-fixação de microrganismos;
-adesão microbiana e ancoragem à superfície pela produção de matriz (EPS);
-crescimento, multiplicação e disseminação dos microrganismos (Choong and
Whitfield, 2000).
1.D) Fatores que influenciam a formação de biofilmes
A formação de um biofilme implica uma adesão prévia a uma superfície o que torna o
fenómeno muito complexo uma vez que ele depende de vários fatores e de diversas
variáveis. De uma forma geral podemos separar em três grupos, os fatores ambientais,
as propriedades do material e as caraterísticas da célula bacteriana (Stoodley et al.,
2002).
Tabela 1 – Fatores envolvidos na formação de biofilmes (adaptado de (Simões et al, 2007).
Tabela 1
Tabela 2 - Fatores envolvidos na formação de biofilmes
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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Inicialmente é necessário compreender qual o tipo de microrganismo, uma vez que
existem alguns que possuem aptidão superior para a produção de polímeros
extracelulares e que por isso vão ver facilitados os processos de adesão a superfícies.
Na tabela 1 é possível visualizar os fatores que afetam a formação de biofilmes,
separados por grupos, fatores ambientais, propriedades do material e características da
célula.
É, por isso, necessário avaliar o tipo da superfície na qual está a ocorrer a adesão
bacteriana. A extensão da colonização aumenta com o aumento da rugosidade, uma vez
que a retenção do microrganismo será maior (Prakash et al., 2003; Kokare et al., 2008).
Esta rugosidade permite que o microrganismo esteja mais protegido face às forças do
fluido e menos suscetível às forças de corte (Donlan, 2002). No entanto, este fator
apenas se torna determinante quando estamos a falar da primeira camada do biofilme,
assim à medida que o biofilme se desenvolve a interferência vai ser cada vez menor.
Ainda falando das características do material, podemos falar da hidrofobicidade. Existe
uma interação hidrofóbica que ocorre entre a célula e a superfície capaz de superar as
forças repulsivas.
Os microrganismos aderem assim mais facilmente a superfícies hidrofóbicas como é o
exemplo dos plásticos, do que a superfícies hidrofílicas (metais e vidros) (Kokare et al.,
2008).
Embora existam exceções, sabe-se que os materiais hidrofóbicos e mais ásperas irão
desenvolver biofilmes mais rapidamente (Donlan, 2001b; Prakash et al., 2003).
Falando agora das caraterísticas ambientais. Características físico-químicas do meio
aquoso, tais como pH, nível de nutrientes, força iónica e temperatura podem
desempenhar um papel importante na taxa de adesão microbiana às superfícies (Prakash
et al., 2003; Kokare et al., 2008).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
11
Os biofilmes formam-se a um pH próximo da neutralidade e, a alteração para valores
inferior ou superiores vai afetar a formação dos mesmos. Tal acontece porque o pH tem
um efeito determinante no metabolismo microbiano. Além disso sabe-se que o pH
interfere as propriedades eletrostáticas dos mesmos, podendo alterar a repulsão entre
eles e dificultar assim o processo de adesão às superfícies (Prakash et al., 2003).
Relativamente às caraterísticas dos microrganismos, existem uma série de fatores a ter
em consideração. A existência de apêndices extracelulares mostra-se determinante, isto
é, quando o microrganismo possui flagelos e píli ou fímbrias a adesão está claramente
favorecida.
Os flagelos são os responsáveis pelo movimento e mostram-se preponderantes na fase
inicial aquando da fixação da bactéria à superfície.
A píli ou fímbrias, são estruturas proteicas externas, filamentos. Ambas permitem uma
maior adesão entre microrganismos, permitindo ultrapassar as forças de repulsão
comuns a todos os materiais (Donlan, 2001b; Prakash et al., 2003).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
12
1.E) Quorum sensing
Trata-se de um mecanismo de sinalização celular. E sabe-se que este fenómeno
desempenha um papel na fixação das células (Kokare et al., 2008). Sendo, por isso, um
mecanismo que permite a comunicação entre microrganismos através da produção e
receção de moléculas de sinalização (Vega et al.,2014). Certos elementos do biofilme
libertam compostos metabólicos que vão agir como sinais de comunicação para a
restante comunidade do biofilme (Henriques et al, 2013).
Através deste mecanismo é possível para as bactérias que pertencem a um biofilme
comunicar utilizando sinais químicos. Este mecanismo fornece às bactérias capacidade
de se adaptarem ao ambiente externo, diminuindo ou aumentando a disponibilidade de
nutrientes. Permite a defesa contra microrganismos que podem competir para os
mesmos nutrientes. Este mecanismo possibilita, ainda, as bactérias a deteção da
densidade ou quantidade de bactérias da mesma estirpe, utilizando eficientemente os
recursos disponíveis. Assim, pode concluir-se que este mecanismo depende da
densidade celular, ou seja, quanto maior for o número de células mais será o número de
sinalizadores químicos libertados (Henriques et al, 2013).
Pensa-se que o surgimento de biofilmes está relacionado com o mecanismo de Quorum
sensing, isto é, as bactérias adotaram aquela conformidade, que ocorre com a adesão das
bactérias à superfície, porque o ambiente externo o exigia, ou seja, este fenómeno foi
desenhado para situações difusão limitada (Kokare et al., 2008).
Sabe-se que este tipo de comunicação celular/sinalização será significativamente
diferente consoante o tipo de biofilme, se for multiespécies ou então com um único tipo
de bactérias (Stoodley et al., 2002; Kokare et al., 2008).
O mecanismo permite às bactérias coordenar mecanismos aquando das células
individuais, porém, permite também a fluência dos processos de estabelecimento de
maturidade do biofilme (Vega et al.,2014).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
13
Este fenómeno mostra-se especialmente importante para as bactérias patogénicas
durante a infeção de um hospedeiro para coordenar a sua virulência, a fim de escapar da
resposta imune do hospedeiro, permitindo assim a realização de infeção (Stoodley et al.,
2002).
Permite alterar distribuição de espécies bacterianas específicas no biofilme, alterar a
expressão de proteínas em células vizinhas, introduzir uma nova característica genética
em células vizinhas e incorporar bactérias em biofilmes (Kokare et al., 2008).
É possível esta sinalização célula a célula (quorum sensing) interferir na formação do
biofilme, podendo levar ao retardamento processo de formação do biofilme tornando-o
por isso mais frágil e suscetível a vários tratamentos (Vega et al.,2014).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
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1.F) Microrganismos relevantes nos biofilmes
Os organismos que desenvolvem biofilmes são dos mais variados. Estes organismos
podem formar biofilmes de cultura pura ou polimicrobianos onde existem várias
espécies de microrganismos (Donlan, 2001b).
Os microrganismos podem surgir da pele do paciente ou dos profissionais de saúde e de
objetos. Existem alguns grupos de microrganismos que são constantemente associados a
infeções caudadas por biofilmes. Sabe-se que os microrganismos de Gram positivo,
Staphylococcus aureus e Staphylococcus epidermidis, e as bactérias de Gram negativo
Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa são os principais causadores de infeção.
A bactéria de Gram positivo Staphylococcus aureus é uma bactéria que habita no nariz
de cerca de 20% da população. É dos agentes mais comuns no ambiente hospitalar e na
comunidade em geral. Pode classificar-se morfologicamente como sendo um cocos, não
produz esporos e não apresenta mobilidade.
Em indivíduos saudáveis, onde não existe comprometimento da superfície da pele, não
causa infeção mas, quando falamos em unidades hospitalares podem causar diferentes
tipos de infeções nosocomiais, como é o caso de pneumonia, endocardite ou
osteomielite. É uma bactéria de desenvolvimento rápido e que apresenta inúmeras
resistências a antibióticos. Apresenta inúmeros fatores de virulência e uma elevada e
crescente resistência a antibióticos, como é o caso das MRSA, S.aureus resistentes à
Meticilina. A sua patogenicidade está relacionada com as toxinas e enzimas produzidas.
Staphylococcus epidermidis é o nome de outra bactéria que está comumente associada a
infeções por biomateriais. É uma bactéria de Gram positivo. Comensal da pele e
mucosas mas capaz de causar graves infeções em indíviduos hospitalizados por longos
períodos de tempo, imunocomprometidos, ou em portadores de dispositivos médicos
(cateteres, sondas, próteses).
Apresenta elevada capacidade de aderir a superfícies e por isso a formação do biofilme
ficar potenciada. As infeções causadas por esta bactéria são normalmente crónicas e
persistentes (O’Gara et al., 2001).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
15
Por outro lado, existem bactérias de Gram negativo que se encontram relacionadas com
algumas infeções em biomateriais ou dispositivos médicos. Este tipo de bactérias são
mais resistentes uma vez que possuem uma membrana adicional exterior que acaba por
impedir a passagem de substâncias. Ao contrário do que acontece nas bactérias Gram-
positivo, estas bactérias possuem lipopolissacarídeos (LPS). Este LPS impede que as
substâncias hidrofílicas como antibióticos e biocidas vejam o acesso ao interior da
bactéria negado, impossibilitando-as de exercer o seu efeito.
Pseudomonas aeruginosa é outra das bactérias de Gram negativo, com forma de bacilo
é encontrada em diversos locais e ambientes uma vez que não apresenta grandes
exigências nutricionais e tem uma grande versatilidade metabólica.
Tal como as restantes bactérias, em indivíduos normais não causa doença, porém
quando falamos em indivíduos com queimaduras, feridas abertas ou dispositivos
médicos internos pode causar variadíssimas infeções. Surge em alimentos e objetos de
uso diário em ambiente hospitalar e consegue, por isso, facilmente atingir o hospedeiro.
A Escherichia coli é uma bactéria de Gram negativo, com forma de bacilo, anaeróbica
facultativa e não produtora de esporos. Existe na flora comensal do intestino em grande
quantidade. A E. coli encontrada normalmente nos intestinos de um indivíduo é bem
conhecida e controlada pelo seu sistema imunitário, e raramente causa problemas. No
entanto, quando existe debilidade do sistema imunitário do indivíduo esta bactéria pode
causar outro tipo de problemas. No que diz respeito aos biofilmes em dispositivos
médicos, esta bactéria surge muitas vezes associada a infeções do cateter urinário.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
16
2. Importância dos biofilmes – aplicação no quotidiano
2.A) Vantagens e desvantagens do desenvolvimento de biofilmes
Tal como foi abordado anteriormente, na área da saúde estas comunidades de bactérias
são prejudiciais uma vez que contribuem para o desenvolvimento de infeção e são
extremamente difíceis de erradicar uma vez que apresentam resistências a
antimicrobianos.
Para que seja possível perceber a variedade de locais que podem ser colonizados por
microrganismos na forma de biofilmes, é importante abordar outras áreas.
Quando falamos de biofilmes no setor industrial, sabemos que são os causadores da
diminuição do desempenho dos processos, diminuição da eficácia das operações
desempenhadas e o aumento dos danos na superfície onde se depositam.
Todos estes inconvenientes levam a um aumento do consumo energético, diminuição da
qualidade dos produtos e aumento dos custos associados às limpezas e trocas precoces
de materiais.
Por outro lado, estes biofilmes a nível industrial podem tornar-se vantajosos uma vez
que permitem a operação de reatores, apresentando capacidade de comportar variações
do influente (Xavier et al., 2003).
Estes biofilmes podem no entanto ser benéficos e isso é visível no papel que
desempenham na natureza, uma vez que se demonstram importantes na remoção de
contaminantes.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
17
3. Resistência e tolerância
Até à data pensa-se que estes mecanismos de resistência e tolerância estão relacionados
quer com a sua estrutura como com as alterações fisiológicas dos microrganismos
(Henriques et al, 2013).
Existem relatos de formação de biofilmes em equipamentos médicos ou implantes e a
existência dos mesmos torna-se extremamente prejudicial uma vez que são difíceis de
erradicar e por isso o combate às infeções estará comprometido.
A natureza do biofilme e os atributos fisiológicos dos organismos envolvidos neste
biofilme conferem resistência a antimicrobianos (antibióticos e desinfetantes). Pensa-se
que a concentração mínima inibitória (CMI), para um microrganismo em forma de
biofilme é cerca de 1000 vezes superior aos níveis da concentração mínima inibitória
necessárias para bactérias na forma planctónica, levando a pensar que possuem uma
atividade metabólica alterada (Choong and Whitfield, 2000).
Existem vários mecanismos associados a este fenómeno de resistência entre os quais:
- Penetração retardada do agente antimicrobiano - matriz bastante profunda, atuando
como barreira física e química atrasando a difusão dos antibióticos, diminuindo a taxa
de transporte da molécula para o interior do biofilme, alterando a reação do agente
antimicrobiano com a matriz (Costerton et al., 1999).
O facto de o biofilme conter uma grande diversidade de nichos ambientais,
apresentando diferentes nutrientes e pH em zonas distintas também parece ser o motivo
para tal resistência.
Em 1994, surgiram estudos que demonstravam o retardamento da penetração de
ciprofloxacina, uma fluorquinolona, utilizado como terapêutica em várias infeções, em
biofilmes de Pseudomonas aeruginosa. Com este estudo foi possível perceber que para
a bactéria na sua forma livre são necessários 40 segundos para a penetração, enquanto
que no caso da mesma bactéria na forma de biofilme o tempo necessário passa para 21
minutos (Suci et al., 1994).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
18
- Taxas de crescimento dos organismos em biofilmes alterado – organismos organizados
em biofilmes crescem mais lentamente, assumindo assim mais lentamente os agentes
antimicrobianos (Costerton et al., 1999). Em 1992, DuGuid, mostrou ser possível
concluir que a taxa de crescimento é determinante para a suscetibilidade da célula uma
vez que com o aumento da taxa de crescimento, mais rápida será a taxa de inativação
por parte do agente antimicrobianos, neste caso a Ciprofloxacina (DuGuid et al., 1992).
Existem ainda estudos que revelam que as substâncias derivadas da degradação de
antibióticos, como polímeros e enzimas, podem levar à ligação e/ou desativação de
moléculas de antibióticos que estão a tentar atingir células do biofilme.
Estudos revelam que a parede celular das bactérias em forma de biofilme tem uma
composição de cerca de 40% de proteínas, impedindo os antibióticos de exercerem a sua
ação (Prakash et al., 2003).
Existe mais um mecanismo que explica que a heterogeneidade dos biofilmes é tal que
constitui uma estratégia de sobrevivência importante porque, existem algumas das
células que apresentam uma variedade de
diferentes estados metabólicos, sendo por isso quase certo, sobreviver a qualquer ataque
dirigido metabolicamente (Costerton et al., 1999).
Para além disso, os agentes anti-microbianos são desativados por agentes reativos nas
camadas mais superficiais do biofilme, impedindo, mais uma vez, de exercer a sua
função (Prakash et al., 2003).
Por fim surge ainda mais um mecanismo, bastante especulativo, que diz que pelo menos
algumas das células do biofilme adotam um fenótipo distinto e protegida. Tal acontece
através de uma resposta biológica programada para crescimento sobre uma superfície,
não em resposta à limitação de nutrientes (Costerton et al., 1999).
Na figura 3, são visíveis os fenómenos associados a estas resistências e tolerâncias que
as células em comunidade (biofilme) adquirem.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
19
4. Dispositivos médicos ou biomateriais – Definição e outras informações
importantes
Trata-se de instrumentos, aparelhos, equipamentos ou materiais cujo efeito pretendido
no corpo humano não seja possível de atingir com meios farmacológicos, imunológicos
ou metabólicos. Podem ser utilizados para diagnóstico, prevenção, controlo,
substituição ou alteração da anatomia ou de um processo fisiológico, entre outros.
São por isso úteis em inúmeras doenças como é o caso de deficiências motoras,
incontinências, insuficiências cardíacas, diabetes, refluxo e muitas outras
(www.chporto.pt).
Estes dispositivos médicos são agrupados em classes de acordo com alguns critérios.
Fim a que se destina, risco inerente à conceção, anatomia afetada, invasibilidade e
duração de utilização são os critérios utilizados para a separação destes biomateriais em
diferentes grupos.
É importante referir que estes dispositivos devem ser concebidos e fabricados de tal
maneira que quando utilizados não comprometam o estado clínico nem a segurança dos
doentes (WHO, 2003).
Figura 3 – Possíveis mecanismos de resistência (adaptado de Prakash, B., Veeregowda, B. M. e
Krishnappa, G., 2003).
Figura 5
Figura 4 - Possíveis mecanismos de resistência
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
20
Existem portanto vários tipos de dispositivos médicos como é o caso de cateteres
urinários, catereres venosos centrais e próteses de válvula cardíaca que são os que vão
ser abordados neste trabalho. No entanto, existem muitos outros dispositivos que não
deixam de ser importantes e em muitas situações vitais para os utentes. Pacemakers,
soluções de lavagem e linhas de perfusão são alguns dos exemplos.
Na tabela 2 é possível visualizar a divisão dos dispositivos médicos por classes,
agrupando-os de acordo com a invasibilidade e o risco associado à sua utilização.
Tabela 3 - Exemplos de dispositivos médicos por classes
Tabela 4
5. Infeções causadas por biofilmes associadas a biomateriais
5.A) Infeção associada a cateter urinário:
Trata-se da infeção nosocomial mais frequente, cuja percentagem é de
aproximadamente 24% e 80% desses casos estão relacionados com episódios de
cateterização (Pina et al., 2010).
A utilização de cateteres urinários pode estar relacionada com a prevenção da retenção
urinária, controle da incontinência e medir a produção de urina. São dispositivos
médicos introduzidos através da uretra para a bexiga e podem ser de latex ou de silicone
(Djeribi et al., 2012).
Classes Exemplos
I Pensos rápidos, ligaduras e meias de compressão
IIa Seringas com agulha, equipamento para RM
IIb Incubadoras, sacos de sangue
III Válvulas cardíacas
Tabela 2 – Exemplos de dispositivos médicos por classes (adaptado de
www.recil.grupolusofona.pt/bitstream).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
21
Os microrganismos entram nas vias urinárias pela migração dos mesmos ao longo da
face externa do cateter urinário através do meato ao longo da uretra, ou através da
superfície interna do cateter vesical (normalmente associado a equipamento
contaminado), podem ainda viajar dentro do tubo e do saco de colheita de urina (Kayne
and Hessen, 1994; Pina et al., 2010).
Posteriormente o mecanismo inicia-se com a deposição de componentes da urina sobre
o cateter, formando um filme de proteína. Este filme potencia a adesão de
microrganismos, formando, por isso, o biofilme (Djeribi et al., 2012).
Os microrganismos mais comumente encontrados neste dispositivo médico são o S.
epidermidis, E. faecalis, E. coli, P. aeruginosa entre outras (Donlan, 2001a; O’Gara et
al., 2001).
Estudos relatam que 25% dos pacientes submetidos a cateterização de curto prazo, em
que o tempo de utilização é de 7 dias, têm um aumento diário da probabilidade de
desenvolver infeção de 5%. Já na cateterização de longo prazo, de 30 dias, a
probabilidade de desenvolver infeção é de 100% (Pina et al, 2010; Djeribi et al., 2012;
Hoiby et al., 2014).
É, por isso, possível tratar eficazmente com antimicrobianos este tipo de infeções
quando elas estão associadas a biofilmes jovens (formação deu-se à menos de 24 horas).
No entanto, quando falamos de biofilmes maduros, por norma é necessária a remoção
do cateter para que o tratamento da infeção seja eficaz (Choong and Whitfield, 2000).
Devido a estas percentagens elevadas, esta formação de biofilmes em cateteres urinários
e a posterior formação de biofilmes tornou-se um problema de saúde público porque em
muitos casos é obrigatório o uso destes dispositivos embora o tratamento dessas
infeções não ser eficaz com antibióticos (Djeribi et al., 2012; Tenke et al., 2012).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
22
São vários os fatores envolvidos com a maior ou menor colonização dos
microrganismos na forma de biofilme nos dispositivos médicos aplicados entre os quais:
as características dos componentes da prótese e da urina, a técnica cirúrgica e os
cuidados e manuseio do dispositivo (Choong and Whitfield, 2000).
Existem algumas estratégias utilizadas para combater as infeções urinárias como por
exemplo: utilização de técnica asséptica na colocação e manuseamento do cateter
urinário, utilização de dispositivo urinário não invasivo ou de cateterização intermitente
sempre que possível, respeito estrito das indicações clínicas para colocação e promoção
da remoção precoce do cateter (Pina et al., 2010).
Para além destas estratégias é possível modificar o dispositivo médico para que a
colonização por biofilmes diminua. Dispositivos que libertem de forma controlada
antimicrobianos ou antissépticos ou então que sejam revestidos à superfície com as
mesmas substâncias, biomateriais revestidos à superfície com metais pesados tais como
a prata, dispositivos que vejam a sua superfície alterada para modificar a carga ou
hidrofobicidade, são algumas das manobras possíveis de adotar para alterar a elevada
percentagem de infeções associadas ao cateter urinário (Choong and Whitfield, 2000).
5.B) Infeção associada a prótese de válvula cardíaca;
Este tipo de próteses de válvulas cardíacas causam muitas vezes danos nos tecidos
devido à acumulação de plaquetas e fibrina no local da cirurgia e/ou sobre o dispositivo.
Acresce ainda o facto de este local ter uma maior predisposição para a colonização
(Kokare et al., 2008). Sabe-se que os microrganismos podem fixar-se nestas válvulas
cardíacas ou nos tecidos envolventes do coração e essa colonização leva muitas vezes a
endocardite (Donlan, 2001a).
Os microrganismos mais comumente encontrados neste tipo de prótese são S.
epidermidis, S. aureus, Streptococcus spp e Candida spp.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
23
5.C) Infeção associada ao cateter venoso central
Estudos demonstram que quase a totalidade dos cateteres venosos centrais de longa
permanência são colonizados por microrganismos na forma de biofilmes (Donlan,
2001a). Estes cateteres são inseridos para a administração de fluidos, produtos
derivados do sangue, medicamentos, solução nutricional e monitorização hemodinâmica
(Kokare et al., 2008).
Os organismos mais vulgarmente isolados a partir de biofilmes de cateter venoso são
Staphylococcus epidermidis, S. aureus, Cândida albicans, Pseudomonas aeruginosa,
Klebsiella pneumoniae, e Enterococcus faecalis (Donlan, 2001a).
Estes microrganismos podem ter origem microflora da pele do paciente ou do pessoal
de saúde. Acedem ao cateter externamente por migração a partir da pele ao longo da
superfície exterior do cateter (Donlan, 2001a). Descobriu-se que a formação de
biofilmes em cateteres venosos centrais é universal, mas varia a extensão e localização
da formação de biofilme, dependendo da duração da cateterização se é a curto prazo ou
cateteres de longo prazo (30 dias). Os cateteres de utilização mais curta apresentam
formação de biofilmes na superfície externa enquanto que os cateteres de longa duração
têm formação de biofilme no lúmen interno do cateter, tal como é visível na Figura 4
(Kokare et al., 2008).
Figura 4 – Superfície interna de um dispositivo médico (adaptado de Donlan, 2002).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
24
6. Doenças não associadas a dispositivos médicos causadas por biofilmes
Fibrose quística – Trata-te de uma doença do trato respiratório inferior, é uma doença
genética e hereditária. Caracteriza-se pela disfunção das glândulas de secreção externa
dos órgãos (Moreau-Marquis et al, 2008). As glândulas normalmente produzem
secreções fluidas que fluem facilmente pelos canais das glândulas até ao exterior, tal
não acontece na FQ onde as secreções são francamente mais espessas, mais viscosas.
Estas secreções vão provocar fenómenos de obstrução a vários níveis do organismo
produzindo as diferentes manifestações da doença (Donlan, 2002; Moreau-Marquis et
al, 2008).
Este espessamento do muco é responsável por aumentar a incidência de infeções
pulmonares bacterianas em pacientes com FQ (Kokare et al., 2008). O crescimento em
biofilme protege os organismos de agentes antimicrobianos e as defesas do hospedeiro
(Donlan, 2002).
No que diz respeito à irradicação destes biofilmes, estudos revelam que pequenas doses
contínuas de agentes antibacterianos convencionais (antibióticos) são ineficazes e
induzem resistência (Costerton, 2001).
Periodontite - infeções envolvendo os tecidos de suporte dos dentes (Donlan, 2002).
Trata-se de uma doença inflamatória que ocorre nos tecidos periodontais em resposta à
formação de um biofilme microbiano (Maddi and Scannapieco, 2013).
Foram os primeiros biofilmes a serem relatados, porque, tal como foi referido
anteriormente, Anton van Leeuwenhoek raspou uma placa que se encontrava nos seus
dentes e observou através de um microscópio primitivo (Costerton et al., 1999; Prakash
et al., 2003)
Sabe-se que os microrganismos Fusobacterium nucleatum, Peptostreptococcos micros,
Eubacterium timidum, Eubacterium Brachy, Porphyromonas gingivalis., entre outros,
surgem em indivíduos que apresentam periodontite e que por outro lado não existem
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
25
quando falamos em pacientes saudáveis (Donlan, 2002). E podem colonizar tanto
mucosas como as superfícies dos dentes (Kokare et al., 2008).
Os biofilmes apresentam uma capacidade de se desenvolver na superfície do esmalte
logo após a limpeza da cavidade oral (Donlan, 2002). Para além disso possuem
capacidade de se desenvolverem mais extensivamente em áreas protegidas, entre os
dentes e as gengivas (Maddi and Scannapieco, 2013).
Uma vez nesses locais, vão consequentemente fazer diminuir as propriedades
antimicrobianas da saliva, diminuindo também a proteção do esmalte dos dentes,
conduzindo à cárie dentária e doença periodontal (Maddi and Scannapieco, 2013). O
desenvolvimento desta comunidade do biofilme dá-se ao fim de 2-3 semanas (Kokare et
al., 2008).
Tal como entre outras doenças/infeções causadas por microrganismos em biofilme
existe sempre a produção de um polímero de matriz extracelular, um aumento da
resistência a agentes antimicrobianos e resistência à depuração do sistema imunitário
(Donlan, 2002; Maddi and Scannapieco, 2013).
O controlo da doença periodontal faz-se através da remoção de biofilmes estabelecidos
a partir de zonas subgengivais e com utilização combinada de agentes antimicrobianos
(Kokare et al., 2008; Berezow and Darveau, 2011).
Na figura 5, é possível visualizar as diferenças que surgem com a doença que afeta o
tecido de suporte dos dentes, a periodontite. Existe diminuição das gengivas, formação
de bolsas e diminuição do osso.
Figura 5 – Dentes saudáveis vs Dentes com periodontite (adaptado de
http://www.tuasaude.com).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
26
7. Estratégias de prevenção e controlo de biofilmes
Enquanto ainda não é possível encontrar uma solução para erradicar os biofilmes, é
preponderante adotar estratégias de prevenção para evitar o surgimento dos mesmos.
Devido a esta necessidade de diminuir ao máximo este tipo de infeções, surge um
conjunto de ações e recomendações à qual damos o nome de Precauções Básicas e
Isolamento. Com a adoção destas medidas é possível prevenir e controlar a transmissão
cruzada e melhorar a qualidade dos cuidados. As precauções básicas que servem de
alicerce a este plano passam por: higiene das mãos, uso apropriado de equipamento de
proteção individual (luvas, batas, máscaras), descontaminação de material e
equipamento clínico, colocação de doentes, entre outros (Pina et al., 2010).
Ao longo dos anos este conceito foi se tornando mais forte, foram-se incluindo mais
medidas que fizeram com que este conceito se tornasse mais completo (Widmer, 2001).
Estas estratégias obrigam as unidades hospitalares e o seu corpo técnico a mudanças nos
seus comportamentos, obrigando a um esforço extra em áreas que provavelmente não
seriam de especial cuidado (Hetrick and Schoenfisch, 2006).
Instituir um eficaz plano de limpeza e a organização das unidades de internamento, bem
como evitar o uso abusivo de antibióticos seriam atitudes que iriam contribuir para a
diminuição de infeções por microrganismos na forma de biofilmes (Widmer, 2001).
A escolha apropriada do antimicrobiano inicialmente instituído é determinante para a
eficácia, assim como a prescrição de doses adequadas, em intervalos corretos. Algumas
medidas foram adotadas para diminuir ou restringir o uso de antimicrobianos. Avisos
informáticos para uso adequado de antimicrobianos, em profilaxia ou em terapêutica
empírica, limitar uso de fármacos de “linha avançada” para evitar futuras resistências
(este fármacos de linha avançada só poderão ser utilizados com posterior autorização) e
utilização de terapêutica antimicrobiana combinada para obter sinergismo ou
potenciação da ação (Pina et al., 2010).
Figura 7
Figura 6 - Dentes saudáveis vs Dentes com periodontite
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
27
Quando falamos mais especificamente em dispositivos médicos, existem estratégias que
passam pela implementação de planos de monotorização e visualização diária dos
biomaterias propícios a biofilmes. Uma outra estratégia passaria por fabricar
equipamentos menos suscetíveis à proliferação bacteriana, por exemplo, evitando
rugosidades. Existem também técnicas de limpeza que recorrem a métodos físicos que
iriam possibilitar a remoção do biofilme, como é o caso da aplicação de ultra-sons ou de
radiação.
Os antibióticos podem ser usados para determinados fins como é o caso da:
- Profilaxia – Com o objetivo de prevenir a infeção nos pacientes que ainda não estão
infetadas ou colonizados. Tal só é aplicável se existir um risco associado de
desenvolvimento de uma infeção nesses órgãos. Normalmente aplica-se este tratamento
aquando de intervenções cirúrgicas.
- Prevenção – Quando existe colonização com um microrganismo específico e existe
risco de desenvolvimento de infeção clínica grave pelo mesmo. Neste caso o antibiótico
vai penetrar no local de infeção após a entrada dos microrganismos, ao contrário do que
acontece na profilaxia, onde o antibiótico penetra antes mesmo de existir microrganismo
(Hetrick and Schoenfisch, 2006).
Podemos assim dividir as estratégias de controlo de biofilmes em três grupos: as que
recorrem a métodos físicos, químicos ou biológicos. Os métodos físicos envolvem a
remoção dos biofilmes e passam pela limpeza manual ou então pela aplicação de ultra-
sons ou radiação ultravioleta. Quando estas não se mostram suficientes passa-se então
aos métodos químicos, onde são utilizados devido às suas propriedades antimicrobianas,
dispersantes ou tensioativas (Maniasso, 2001).
Embora não esteja relacionado com a área que abrange esta dissertação, sabe-se que na
indústria alimentar surgem os tensioativos como os mais utilizados no controlo da
formação de biofilmes. Estes tensioativos são capazes de reduzir a tensão superficial
dos fluídos aquosos, atuando como detergentes. Possuem uma parte hidrofílica (cabeça,
que atrai a água) e uma parte hidrofóbica (cauda, que repele a água).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
28
Quando atingem a Concentração Micelar Crítica (CMC) formam micelas, alterando o
processo de adsorção. Assim, numa micela, a água encontra-se em contato com a cabeça
da micela, enquanto que o interior da micela é composta pelas caudas (Maniasso, 2001).
Existem tensioativos aniónicos, catiónicos, não-iónicos e anfotéricos uma vez que a
classificação é feita de acordo com a natureza iónica da parte polar (hidrofílica). No
entanto os mais utilizados são os aniónicos e catiónicos uma vez que ambos apresentam
capacidade de desinfetar uma vez que podem inativar células vivas e alterar as
propriedades superficiais da superfície onde vai ocorrer a adesão (Rosen and Kunjappy,
2012).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
29
8. Tratamento
Pensa-se que a ineficácia nos tratamentos de infeções associadas a biofilmes em
dispositivos médicos prende-se com o facto de os testes de susceptibilidade a
antibióticos serem feitos em microrganismos na forma planctónica, que possuem
comportamentos muito distintos dos microrganismos na forma de biofilme (Hoiby et
al., 2014). Está por isso comprovado que as técnicas convencionais para prever
suscetibilidades não são suficientes quando falamos em comunidades de
microrganismos e podem até ser a causa do fracasso no que diz respeito ao tratamento
(Fux et al., 2005).
É importante por isso, direcionar todas as forças para o diagnóstico de biofilmes e a
prática terapêutica com vista a minimizar estas infeções e impedir que sejam tão
recorrentes (Widmer, 2001; Hoiby et al., 2014).
As diretrizes indicam que devem ser separados os tipos de infeções causadas por
biofilmes encontrados no tecido / muco, onde constam os indivíduos que apresentam
fibrose quística, ou biofilmes que são encontrados aderidos a corpos estranhos (por
exemplo dispositivos médicos) causando infeções através de cateteres urinários ou
tubos endotraqueais (Simões et al., 2007; Hoiby et a.l, 2014).
As terapias recorrendo a antibióticos destinam-se a situações diferentes, entre elas:
- Empíricas – Sabe-se se existe infeção mas não existe informação acerca do ou dos
microrganismos envolvidos e, por isso, seleciona-se um antibiótico que abranja os
microrganismos possíveis de existir na situação clínica em causa.
- Definitivas – Para que seja possível atuar de modo concreto e eficaz, erradicando a
infeção, é necessário que exista um diagnóstico clínico que indique especificamente
qual o microrganismo envolvido e, resultados de testes de suscetibilidade a antibióticos.
Muitos outros estudos apontam para que a solução passe pela remoção do dispositivo
para que a infeção seja erradicada (Widmer, 2001; Hetrick and Schoenfisch, 2006).
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
30
Conclusão
Os biofilmes são uma comunidade de bactérias, aderidas a uma superfície que podem
ter na sua constituição apenas um tipo de bactérias ou várias espécies das mesmas.
Foi fácil perceber a envolvência dos biofilmes numa vasta gama de atividades humanas
e por isso o objetivo de os controlar é comum a diversas áreas, desenvolvendo-se assim
vários estudos com esta temática como alvo principal.
No Homem, estes biofilmes surgem em vários locais, como sistema urinário (cateter
urinário), sistema venoso (cateter venoso central), dentes (caries dentárias), entre outros.
Depois de alguns estudos, percebeu-se que existia uma tendência dos m.o. se
desenvolverem na forma de biofilmes quando o local da colonização eram dispositivos
médicos. Esta conformação funcionava assim como uma estratégia de sobrevivência,
uma vez que estes microrganismos estariam assim menos expostos a situações adversas,
menos acessíveis a agentes antimicrobianos e protegidos do sistema imunitário do
hospedeiro. Foi por isso vital para a Saúde Pública perceber quais os mecanismos
envolvidos na formação e desenvolvimento de biofilmes, das resistências
antimicrobianas desenvolvidas e das novas possibilidades de terapêuticas a aplicar.
Embora os estudos estejam a aumentar em número e a evoluir é ainda difícil
compreender os mecanismos associados a biofilmes quando as técnicas utilizadas são as
rudimentares, uma vez que se mostra extremamente difícil replicar os processos que
levam à formação do EPS quando o mesmo acontece fora do organismo e por
consequência, fora do sangue. O objetivo, passa assim por descobrir qual a relação entre
a estrutura do biofilme e a sua patogenicidade, gerando assim dados que permitam
melhorar as estratégias terapêuticas já utilizadas e/ou, quem sabe, descobrir novas.
Na tentativa de diminuir estas infeções sabe-se que podemos evoluir, utilizando
diferentes matérias na elaboração dos dispositivos médicos que vão diminuir a
colonização microbiana.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
31
Enquanto tal não é possível, é fundamental consciencializar os profissionais de saúde
para determinados comportamentos como: o abuso de tratamentos com antibióticos e
poucos cuidados de higiene e assepsia aquando de tratamentos ou outros procedimentos
médicos.
Atualmente, e embora não exista uma terapia que permita a erradicação dos biofilmes,
pensa-se que o mesmo só será possível com a combinação de vários tratamentos
diferentes.
A todos estes factos acresce-se o problema de a população atual estar envelhecida,
existindo um grande número de cidadãos que pertencem ao grupo da 3ª idade, que estão
mais predispostos a infeções. Para além disso, a necessidade do uso de dispositivos
médicos tende, também, a aumentar neste grupo etário, tornam-se assim grupos alvos
para este tipo de bactérias que se organizam na forma de biofilme.
É por isso imperativo que a evolução nesta área de trabalho prossiga para que as
consequências de alguns atos passados não se tornem nefastos para a nossa sociedade.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
32
Bibliografia
A tua saúde. (2007). Periodontite: Perda dos dentes. [Em linha]. Disponível em
<http://www.tuasaude.com/periodontite/>. [Consultado em 12/08/2015].
Behlau, I., & Gilmore, M. S. (2008). Microbial biofilms in ophthalmology and
infectious disease. Archives of ophthalmology, 126(11), pp. 1572-1581.
Berezow, A. B., & Darveau, R. P. (2011). Microbial shift and periodontitis.
Periodontology 2000, 55(1), pp. 36-47.
Choong, S., & Whitfield, H. (2000). Biofilms and their role in infections in urology.
BJU international, 86(8), pp. 935-941.
Costerton, J. W. (2001). Cystic fibrosis pathogenesis and the role of biofilms in
persistent infection. Trends in microbiology, 9(2), pp. 50-52.
Costerton, J. W., Stewart, P. S., e Greenberg, E. P. (1999). Bacterial biofilms: a
common cause of persistent infections. Science, 284, pp. 1318-1322.
Djeribi, R., Bouchloukh, W., Jouenne, T., & Menaa, B. (2012). Characterization of
bacterial biofilms formed on urinary catheters. American journal of infection control,
40, pp. 854-859.
Donlan, R. M. (2001a). Biofilms and device-associated infections. Emerging Infectious
Diseases, 7(2), pp. 277.
Donlan, R. M. (2001b). Biofilm formation: a clinically relevant microbiological
process. Clinical Infectious Diseases, 33(8), pp. 1387-1392. (Donlan,
2001b)
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
33
Donlan, R. M. (2002). Biofilms: microbial life on surfaces. Emerging Infectious
Diseases, 8(9), pp. 881-890.
Donlan, R. M. e Costerton, J. W. (2002). Biofilms: survival mechanisms of clinically
relevant microorganisms. Clinical Microbiology Reviews, 15(2), pp. 167-193.
(Donlan et al., 2002)
DuGuid, I. G., E. Evans, M. R. W. Brown, and P. Gilbert. 1992. Effect of biofilm
culture on the susceptibility of S.epidermidis to tobramycin. J. Antimicrob. Chemother,
30, pp. 803 – 810.
Fux, C. A., Costerton, J. W., Stewart, P. S., & Stoodley, P. (2005). Survival strategies of
infectious biofilms. Trends in microbiology, 13(1), pp. 34-40.
Hall‐Stoodley, L. e Stoodley, P. (2009). Evolving concepts in biofilm infections.
Cellular microbiology, 11(7), pp. 1034-1043.
Henriques, A., Vasconcelos, C., & Cerca, N. (2013). A importância dos biofilmes nas
infeções nosocomiais: O estado da arte. Arquivos de Medicina, 27(1), pp. 27-36.
Hetrick, E. M. e Schoenfisch, M. H. (2006). Reducing implant-related infections: active
release strategies. Chemical Society Reviews, 35(9), pp. 780-789.
Høiby, N., Bjarnsholt, T., Moser, C., Bassi, G. L., Coenye, T., Donelli, G. (2015).
ESCMID guideline for the diagnosis and treatment of biofilm infections 2014. Clinical
Microbiology and Infection, 21, pp. 1-25.
Kaye, D., and M. T. Hessen. (1994). Infections associated with foreign bodies in the
urinary tract. In A.L. Bisno and F.A. Waldovogel, pp. 291-307.
Khoury, A. E., Lam, K., Ellis, B. e Costerton, J. W. (1992). Prevention and control of
bacterial infections associated with medical devices. ASAIO Journal, 38(3), pp. 174-
178.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
34
Kokare, C. R., Chakraborty, S., Khopade, A. N. e Mahadik, K. R. (2008). Biofilm:
Importance and applications. Indian Journal of Biotechnology, 8(2), pp. 159-168.
Maddi, A., & Scannapieco, F. A. (2013). Oral biofilms, oral and periodontal infections,
and systemic disease. Am J Dent, 26(5), pp. 249-254.
Maniasso, N. (2001). Ambientes micelares em química analítica. Química Nova, 24(1),
pp. 87-93.
Moreau-Marquis, S., Stanton, B. A., & O’Toole, G. A. (2008). Pseudomonas aeruginosa
biofilm formation in the cystic fibrosis airway. Pulmonary pharmacology &
therapeutics, 21(4), pp. 595-599.
Nascimento, T. and Taveira, N. (2003) Os Biofilmes Microbianos como Agentes
Causais de Doenças Humanas. Revista o Biólogo, Ed. Universidade de Lisboa, Instituto
Superior de Ciências da Saúde–Sul.
Neves, M. J. (2010). Dispositivos Médicos. [Em linha]. Disponível em
<http://www.chporto.pt/pdf/downloads/Dispositivos_Medicos-
Infarmed_e_a_legislacao_Dra_Judite_Neves.pdf>. [Consultado em 20/04/2015].
O'Gara, J. P. e Humphreys, H. (2001). Staphylococcus epidermidis biofilms: importance
and implications. Journal of Medical Microbiology, 50(7), pp. 582-587.
Otto, M. (2014). Biofilms in Disease. In Antibiofilm Agents Springer Berlin Heidelberg,
pp. 3-13.
Pina, E., Ferreira, E., Marques, A., & Matos, B. (2010). Infeções associadas aos
cuidados de saúde e segurança do doente. Rev Port Saúde Pública, 10(1), pp. 27-39.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
35
Pontes, J. F. (2014). Produtos fronteira: dispositivos médicos e outros produtos. [Em
linha]. Disponível em:
<http://recil.grupolusofona.pt/bitstream/handle/10437/5279/produtos%20fronteira.
[Consultado em: 05/05/2015].
Prakash, B., Veeregowda, B. M. e Krishnappa, G. (2003). Biofilms: a survival strategy
of bacteria. Current Science, 85(9), pp. 1299-1307.
Romling, U., Kjelleberg, S., Normark, S., Nyman, L., Uhlin, B. E., & Åkerlund, B.
(2014). Microbial biofilm formation: a need to act. Journal of internal medicine, 276,
pp. 98-110.
Rosen, M. J., & Kunjappu, J. T. (2012). Surfactants and interfacial phenomena. John
Wiley & Sons.
Simões, M., Cleto, S., Pereira, M. O., & Vieira, M. J. (2007). Influence of biofilm
composition on the resistance to detachment.
Stoodley, P., Sauer, K., Davies, D. G. e Costerton, J. W. (2002). Biofilms as complex
differentiated communities. Annual Reviews in Microbiology, 56(1), pp. 187-209.
Suci, P. A., M. W. Mittelman, F. P. Yu, and G. G. Geesey. (1994). Investigation of
ciprofloxacin penetration into Pseudomonas aeruginosa biofilms. Agents Chemother,
38, pp. 2125 – 2133.
Tenke, P., Köves, B., Nagy, K., Hultgren, S. J., Mendling, W., Wullt, B. (2012). Update
on biofilm infections in the urinary tract. World journal of urology, 30, pp. 51-57.
Vega, L. M., Mathieu, J., Yang, Y., Pyle, B. H., McLean, R. J., & Alvarez, P. J. (2014).
Nickel and cadmium ions inhibit quorum sensing and biofilm formation without
affecting viability in Burkholderia multivorans. International Biodeterioration &
Biodegradation, 91, pp. 82-87.
Importância da formação de biofilmes nas infeções associadas a biomateri
36
Widmer, A. F. (2001). New developments in diagnosis and treatment of infection in
orthopedic implants. Clinical Infectious Diseases, 33 (2), pp. 94-108. (Widmer,
2001)
World Health Organization. (2003). Medical device regulations: Global overview and
guiding principles.
Xavier, J. B., Picioreanu, C., Almeida, J. S. e Van Loosdrecht, M. C. M. (2003).
Monitorização e modelação da estrutura de biofilmes. Boletim de Biotecnologia, 76, pp.
2-13.